(57)【要約】【課題】所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクの設計方法等を提供すること。【解決手段】所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程Ｓ１、Ｓ２と、グレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いる場合の、グレイスケールマスクの光透過率と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程Ｓ３〜Ｓ５と、レジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程Ｓ６と、を含む。【選択図】      図１
2006047612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、前記レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、
前記単位面積決定工程において決定した前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとに前記光透過率を変化させた前記グレイスケールマスクを用いる場合の、前記グレイスケールマスクの前記光透過率と、前記レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、
前記レジスト感度曲線決定工程において得た前記レジスト感度曲線を用いて前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとの前記光透過率を求め、前記所望のレジスト形状に対応する前記グレイスケールマスクの前記光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程と、
を含むことを特徴とするグレイスケールマスクの設計方法。
【請求項２】
前記グレイスケールマスク上の単位面積が、前記レジスト上の単位面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載のグレイスケールマスクの設計方法。
【請求項３】
所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、前記レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、
前記単位面積決定工程において決定した前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとに前記光透過率を変化させた前記グレイスケールマスクを用いる場合の、前記グレイスケールマスクの前記光透過率と、前記レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、
前記レジスト感度曲線決定工程において得た前記レジスト感度曲線を用いて前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとの前記光透過率を求め、前記所望のレジスト形状に対応する前記グレイスケールマスクの前記光透過率の分布を決定する前記光透過率分布決定工程と、
前記光透過率分布決定工程において決定された分布の前記光透過率を有する前記グレイスケールマスクを形成するグレイスケールマスク形成工程と、
を含むことを特徴とするグレイスケールマスクの製造方法。
【請求項４】
所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、前記レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、
前記単位面積決定工程において決定した前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとに前記光透過率を変化させた前記グレイスケールマスクを用いる場合の、前記グレイスケールマスクの前記光透過率と、前記レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、
前記レジスト感度曲線決定工程において得た前記レジスト感度曲線を用いて前記グレイスケールマスク上の単位面積ごとの前記光透過率を求め、前記所望のレジスト形状に対応する前記グレイスケールマスクの前記光透過率の分布を決定する前記光透過率分布決定工程と、
前記光透過率分布決定工程において決定された分布の前記光透過率を有する前記グレイスケールマスクを形成するグレイスケールマスク形成工程と、
基板上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記グレイスケールマスク形成工程において形成された前記グレイスケールマスクを介して前記レジスト層を露光し、現像することで前記レジスト層に前記レジスト形状を形成するレジスト形状形成工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記レジスト形状形成工程で得られた前記レジスト形状を前記基板に転写するレジスト形状転写工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記レジスト形状形成工程で得られた前記レジスト形状を金型に転写し、前記金型の形状を他の部材へ型転写する型転写工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記グレイスケールマスク上の単位面積が、前記フォトレジスト上の単位面積より大きく、
前記レジスト形状形成工程において、前記グレイスケールマスクを透過した光を縮小させて前記レジスト層に照射することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グレイスケールマスクの設計方法、グレイスケールマスクの製造方法及び光学素子の製造方法、特に、マイクロレンズ素子等の３次元微細構造を有する光学素子を製造するためのグレイスケールマスクの設計方法、その設計方法により設計されたグレイスケールマスクの製造方法、及びその製造方法により製造されたグレイスケールマスクを用いる光学素子の製造方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３次元微細構造を有する光学素子の製造において、フォトリソグラフィ技術が用いられている。フォトリソグラフィは、光反応性の感光材料であるレジストを基板に塗布し、露光、現像することでレジストにパターンを形成する技術である。レジストにパターンを形成した後エッチング等を施すことで、レジストのパターンを基板に形成することができる。レジストに所望のパターンを形成する方法として、例えば、光透過率に変化を持たせたグレイスケールマスクを介してレジストを露光する技術が用いられている。グレイスケールマスクは、光透過率を異ならせることで階調を得るものである。グレイスケールマスクを設計する技術としては、例えば特許文献１に提案されているものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４７５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、レジストの露光量と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を用いて、グレイスケールマスクの光透過率の分布を決定するものである。レジスト感度曲線を用いると、レジスト上の単位面積ごとに形成する溝の深さから、単位面積ごとのレジストの露光量が求められる。グレイスケールマスクの設計は、単位面積ごとのレジストの露光量に対応して光透過率の分布を決定することにより行われる。しかしながら、予めレジスト感度曲線を決定した後に単位面積を設定すると、目的とする形状とは異なる形状のレジストパターンが形成される場合がある。例えば、製造を予定する光学素子が微小であるためグレイスケールマスク上の単位面積を微小にする場合に、形状のずれが生じ易くなる。さらに、レジストパターンの形状は、グレイスケールマスクの基材となるガラスの熱膨張によって変化が起きる場合もある。設計とは異なる形状のレジストパターンが形成されると、光学素子を正確に製造することが困難となるため問題である。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクの設計方法、その設計方法により設計されたグレイスケールマスクの製造方法、及びその製造方法により製造されたグレイスケールマスクを用いる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、単位面積決定工程において決定したグレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いる場合の、グレイスケールマスクの光透過率と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、レジスト感度曲線決定工程において得たレジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程と、を含むことを特徴とするグレイスケールマスクの設計方法を提供することができる。
【０００７】
本発明のグレイスケールマスクの設計方法においては、まず、グレイスケールマスク上の単位面積を決定する。単位面積を決定した後、単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いてレジスト感度曲線を決定する。レジスト上の単位面積に対応してグレイスケールマスク上の単位面積を決定することで、目的とするレジスト形状に正確に対応可能なレジスト感度曲線が求められる。このようにして目的とするレジスト形状に正確に対応可能なレジスト感度曲線を得ることで、所望のレジスト形状を正確に再現したレジスト形状を形成することができる。レジスト形状を正確に形成可能なグレイスケールマスクを用いることで、所望の形状の光学素子を正確に形成できる。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクを設計できる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、グレイスケールマスク上の単位面積が、レジスト上の単位面積より大きいことが望ましい。光学素子は、レジスト上の単位面積を小さくするほど緻密に形成することが可能となる。レジスト上の単位面積を小さくするためには、例えばグレイスケールマスク上の単位面積を小さくすることが考えられる。グレイスケールマスク上の単位面積を小さくすれば設計に忠実な加工が可能となる反面、グレイスケールマスクの製造が非常に困難となる。グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積より大きくすることで、分解能が高いグレイスケールマスクを容易に製造できる。この場合、例えばグレイスケールマスクを透過した光を縮小してレジストに照射させることにより、グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積に対応させ、レジストの正確な加工が可能となる。さらに、グレイスケールマスクの基材となるガラスに熱膨張が起きた場合であっても、その影響を低減することも可能である。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成可能とし、さらにグレイスケールマスクを容易に製造できる。
【０００９】
さらに、本発明によれば、所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、単位面積決定工程において決定したグレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いる場合の、グレイスケールマスクの光透過率と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、レジスト感度曲線決定工程において得たレジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程と、光透過率分布決定工程において決定された分布の光透過率を有するグレイスケールマスクを形成するグレイスケールマスク形成工程と、を含むことを特徴とするグレイスケールマスクの製造方法を提供することができる。上記の設計方法でグレイスケールマスクを設計することにより、所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクを製造できる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定し、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率を持たせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する単位面積決定工程と、単位面積決定工程において決定したグレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いる場合の、グレイスケールマスクの光透過率と、レジストに形成される溝の深さとの関係を示すレジスト感度曲線を決定するレジスト感度曲線決定工程と、レジスト感度曲線決定工程において得たレジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する光透過率分布決定工程と、光透過率分布決定工程において決定された分布の光透過率を有するグレイスケールマスクを形成するグレイスケールマスク形成工程と、基板上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、グレイスケールマスク形成工程において形成されたグレイスケールマスクを介してレジスト層を露光し、現像することでレジスト層にレジスト形状を形成するレジスト形状形成工程と、を含むことを特徴とする光学素子の製造方法を提供することができる。上記の製造方法で製造されたグレイスケールマスクを用いるため、所望の形状の光学素子を正確に形成することができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、レジスト形状形成工程で得られたレジスト形状を基板に転写するレジスト形状転写工程を含むことが望ましい。また、本発明の好ましい態様としては、レジスト形状形成工程で得られたレジスト形状を金型に転写し、金型の形状を他の部材へ型転写する型転写工程を含むことが望ましい。レジスト形状を基板や他の部材へ転写することで、光学素子を形成することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、グレイスケールマスク上の単位面積が、フォトレジスト上の単位面積より大きく、レジスト形状形成工程において、グレイスケールマスクを透過した光を縮小させてレジスト層に照射することが望ましい。グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積より大きくすることで、分解能が高いグレイスケールマスクを容易に製造できる。また、グレイスケールマスクを透過した光を縮小してレジストに照射させることにより、グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積に対応させ、レジストの正確な加工が可能となる。さらに、グレイスケールマスクの基材となるガラス部材に熱膨張が起きた場合であっても、その影響を低減することも可能である。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成可能とし、さらにコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の実施例に係る光学素子の製造方法のうち、グレイスケールマスクの製造手順を示すフローチャートである。本実施例は、光学素子であるマイクロレンズアレイの製造方法について説明する。マイクロレンズアレイの製造手順は、グレイスケールマスクを設計する工程、設計されたグレイスケールマスクを製造する工程、製造されたグレイスケールマスクを用いてマイクロレンズアレイを製造する工程に分けられる。
【００１５】
図１に示すフローチャートのうち、ステップＳ１〜ステップＳ６は、グレイスケールマスクを設計する工程である。ステップＳ１及びステップＳ２は、単位面積決定工程である。ステップＳ１において、オペレータは、所望のレジスト形状に対応して、所定の強度の光を照射させるレジスト上の単位面積を決定する。レジスト上の単位面積は、マイクロレンズ素子のサイズに応じて、所望のマイクロレンズ素子の形状を形成できるよう適宜決定することができる。
【００１６】
次に、ステップＳ２において、レジスト上の単位面積に対応して、所定の光透過率をもたせるグレイスケールマスク上の単位面積を決定する。本実施例では、後述するように縮小露光装置を用いてレジストの露光を行う。グレイスケールマスク上の単位面積を透過した光は、縮小されてレジスト上の単位面積に照射するように設定する。そのため、グレイスケールマスク上の単位面積は、縮小露光装置による縮小倍率を考慮した上で、レジスト上の単位面積より大きくする必要がある。
【００１７】
ステップＳ３〜ステップＳ５は、レジスト感度曲線決定工程である。ステップＳ３は、ステップＳ２で決定したグレイスケールマスク上の単位面積ごとに光透過率を変化させたグレイスケールマスクを用いて、レジストの露光、現像を行う試し加工工程である。レジストには、露光した部分が現像によって除去可能なポジ型のフォトレジストを用いることができる。次に、ステップＳ４において、レーザ顕微鏡や原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）や干渉型光学測定器を用いて、レジストに形成された溝の深さ（レジスト深さ）を測定する。そして、ステップＳ５において、グレイスケールマスクの光透過率と、ステップＳ４で測定された溝の深さとの関係から、レジスト感度曲線を決定する。
【００１８】
レジスト感度曲線を決定した後、ステップＳ６において、レジスト感度曲線を用いてグレイスケールマスク上の単位面積ごとの光透過率を求め、所望のレジスト形状に対応するグレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する。グレイスケールマスクは、ステップＳ１〜Ｓ６により設計される。ステップＳ７では、ステップＳ１〜Ｓ６による設計に応じてグレイスケールマスクを形成する。このようにして、グレイスケールマスクの製造工程は終了する。
【００１９】
ここで、図２〜図８を用いて、グレイスケールマスクの設計方法をさらに詳しく説明する。図２は、グレイスケールマスク上の単位面積を説明するものである。例えば、１６μｍ四方のマイクロレンズ素子を形成する場合において、レジスト上の単位面積を１μｍ四方に決定したとする。また、レジストの露光に用いる縮小露光装置は、入射光を５分の１に縮小して射出するステッパを用いることとする。グレイスケールマスク上の単位面積部分２１は、一辺ｄ１を５μｍとする。グレイスケールマスクにおいて一辺ｄ１が５μｍの単位面積部分２１は、縮小露光により、レジスト上では１μｍ四方の単位面積に相当する。そして、グレイスケールマスクには、１０個の単位面積部分２１が一列に並べられる。
【００２０】
各単位面積部分２１の光透過率は、最大の７５．０％から、最小の１３．０％まで、それぞれ６．９％刻みで変化させている。かかるグレイスケールマスクを用いると、６．９％の分解能でレジスト加工を行うことができる。また、５μｍ四方の単位面積部分２１を有するグレイスケールマスクとの比較として、一辺ｄ２が１００μｍである単位面積部分２２を有するグレイスケールマスクについても説明を行う。一辺ｄ２が１００μｍの単位面積部分２２を有するグレイスケールマスクは、グレイスケールマスク上の単位面積とレジスト上の単位面積とが何ら対応していないグレイスケールマスクの例である。グレイスケールマスクにおいて一辺ｄ２が１００μｍの単位面積部分２２は、縮小露光により、レジスト上では２０μｍ四方の単位面積に相当する。
【００２１】
図３は、ステッパ３０による縮小露光の説明図である。ランプ等の光源からの光Ｌは、グレイスケールマスクＧＳＭに略均一に入射する。グレイスケールマスクＧＳＭを透過した光は、ステッパ３０で略５分の１に縮小される。ステッパ３０には、例えば入射光を縮小して投写する投写レンズを用いることができる。光が略５分の１に縮小されるとは、光軸に略垂直な平面においてステッパ３０の入射光の光束が存在する範囲Ｄ１が、略５分の１の範囲Ｄ２となることをいう。ステッパ３０を透過した光は、ワーク上のレジスト３２に入射する。
【００２２】
図４は、レジスト３２を試し加工したときの、グレイスケールマスクＧＳＭの光透過率と、レジスト３２に形成される溝の深さとの関係から決定されたレジスト感度曲線を示す。Ａを付した曲線は、５μｍ四方の単位面積部分２１を有するグレイスケールマスクＧＳＭを用いた場合のレジスト感度曲線である。Ｂを付した曲線は、１００μｍ四方の単位面積部分２２を有するグレイスケールマスクＧＳＭを用いた場合のレジスト感度曲線である。図４に示すグラフは、縦軸にレジスト３２に形成される溝の深さ、横軸にグレイスケールマスクＧＳＭの光透過率を取って示している。なお、図４の縦軸のレジスト深さとは、光透過率が最大であるときの深さ位置を０（ゼロ）μｍとしたときの溝の底部の位置を示している。
【００２３】
図４に示すデータは、レジスト３２としてクラリアントジャパン製のＡＺＰ−４６２０を用い、１５００ｍＪで露光した場合のものである。また、レジスト３２の溝の深さのデータは、レーザ顕微鏡により測定して得たものである。また、グレイスケールマスクＧＳＭは、基材としてＨＥＢＳ（High electron beam sensitive）ガラスを用いて製造したものを用いている。
【００２４】
Ａ、Ｂの両グラフを比較すると、レジスト３２は、光透過率が大きい部分においていずれも同様に加工されていることがわかる。これに対して、光透過率が小さい部分では、レジスト３２に形成される溝の深さに差が生じている。例えば、光透過率が１３％である部分においては、グレイスケールマスクＧＳＭの単位面積を５μｍとした場合と、１００μｍとした場合とでは、約１μｍの差を生じる。
【００２５】
例えば、単位面積が１００μｍ四方のグレイスケールマスクＧＳＭを用いてレジスト感度曲線を決定している場合、レジスト上の単位面積を１μｍ四方としてグレイスケールマスクを設計したとしても誤差を生じることになる。かかる誤差は、製造されるマイクロレンズアレイの形状に影響を及ぼす。このことから、所望の形状の光学素子を製造するためには、レジスト感度曲線を得るときのグレイスケールマスク上の単位面積と、レジスト上の単位面積とを対応させる必要があることがわかる。グレイスケールマスク上の単位面積と、レジスト上の単位面積とを対応させることで、目的とするレジスト形状に正確に対応可能なレジスト感度曲線を得ることができる。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成するためのグレイスケールマスクを設計できる。
【００２６】
ここで、ＨＥＢＳガラスについて説明する。ＨＥＢＳガラスは、表面にＡｇアルカリハライドドープ層が形成されている。Ａｇアルカリハライドドープ層は、Ａｇ+イオン交換反応によりガラス表面の厚さ約３μｍの部分にＡｇ+イオンのドープ層を形成することで得られる。ガラス表面に略均一に形成されたドープ層に電子線ビームを照射すると、電子を得たＡｇ+イオンがＡｇに変化する。Ａｇは紫外線を吸収する性質を有することから、電子線ビームの照射量、電子線の加速電圧、ビーム電流、ビーム径を照射位置ごとに変化させることによって、紫外線の透過量を異ならせたグレイスケールマスクが形成される。
【００２７】
なお、グレイスケールマスクの光透過率は、パーセント表示のほか、以下の式で表されるＯＤ値
ＯＤ値＝−ｌｏｇ10｛光透過率（％）／１００｝
によって表すこともできる。一般に、グレイスケールマスクのＯＤ値は、約０．１５〜２．０である。また、グレイスケールマスクを用いると、最小階調幅約０．００９２、最大階調数約２００で階調を得ることができる。
【００２８】
図５〜図７は、光透過率分布を決定する工程の説明図である。例えば、図５に示すレジスト形状５１を有するレジスト構造体５２を製造する場合を考える。図５の上部に示す線図は、レジスト構造体５２のＰ−Ｐ’における断面図である。レジスト構造体５２を得るためにレジストに形成する溝の深さの分布は、所望のマイクロレンズ素子の形状に応じて決定される。
【００２９】
次に、レジスト感度曲線を用いて、図５に示す形状のレジスト構造体５２を形成するためのグレイスケールマスクＧＳＭの光透過率の分布を決定する。グレイスケールマスクＧＳＭの光透過率は、図６に示すように、５μｍ四方の単位面積部分２１ごとに決定される。なお、上下左右に対称な形状のマイクロレンズ素子を製造するのであれば、図６に示すように、４０μｍ四方のうち例えば右上の一部について光透過率を決定すれば良い。図７は、光透過率分布決定工程において決定した光透過率の例を示す。グレイスケールマスクＧＳＭは、以上のようにして設計することができる。図７のデータを元にして製造されたグレイスケールマスクＧＳＭを用いると、レジスト上の単位面積を１μｍ四方とし、一辺が１６μｍのレジスト構造体５２を形成することができる。
【００３０】
マイクロレンズ素子は、レジスト上の単位面積を小さくするほど緻密に形成することが可能となる。レジスト上の単位面積を小さくする場合、単にグレイスケールマスク上の単位面積を小さくすれば良いとも考えられる。しかし、グレイスケールマスク上の単位面積を小さくすると、グレイスケールマスクＧＳＭの製造が非常に困難となる。本実施例では、ステッパ３０を用いてレジスト３２を縮小露光することによって、レジスト上の単位面積より大きい単位面積を有するグレイスケールマスクＧＳＭを用いても、レジスト３２の緻密な加工が可能となる。
【００３１】
グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積より大きくすることで、グレイスケールマスクＧＳＭの製造を容易にし、グレイスケールマスクＧＳＭを高分解能にできる。この場合、例えばグレイスケールマスクを透過した光を縮小してレジストに照射させることにより、グレイスケールマスク上の単位面積をレジスト上の単位面積に対応させ、レジストの正確な加工が可能となる。
【００３２】
図８は、グレイスケールマスクＧＳＭに用いるＨＥＢＳガラスの熱膨張量を示す。表中のＨＥＢＳ（１／１）と示す列の数値は、０℃を基準として、各温度における１００ｍｍのＨＥＢＳガラスの膨張量を示している。ＨＥＢＳガラスは、石英ガラスやパイレックス（登録商標）等に比較して、熱に対する膨張量が大きい性質を有する。熱によってＨＥＢＳガラスが膨張すると、グレイスケールマスクＧＳＭ上の描画領域の面積が変化することになる。グレイスケールマスクＧＳＭ上の描画領域の面積が変化すると、設計とは異なる形状のレジストパターンが形成される場合がある。
【００３３】
表中のＨＥＢＳ（１／５）と示す列の数値は、ＨＥＢＳガラスの膨張量をそれぞれ５分の１に換算したものである。ステッパ３０を用いて縮小露光を行う場合、ＨＥＢＳガラスの熱膨張による影響を低減する効果もある。以上により、本発明によれば、製造が容易で高分解能、かつ所望の形状の光学素子を正確に形成可能なグレイスケールマスクＧＳＭを得ることができる。
【００３４】
図９−１、図９−２は、図１に示す手順に従い製造されたグレイスケールマスクを用いて、光学素子であるマイクロレンズアレイを製造する手順を示す。図９−１の工程ａに示すように、まずレジスト層形成工程において基板９０１上にレジスト層９０２を形成する。レジスト層９０２は、基板９０１上にレジスト材料を塗布し、さらにプリベイクすることで形成される。
【００３５】
次に、工程ｂに示すように、グレイスケールマスク形成工程において形成されたグレイスケールマスク９０３を介してレジスト層９０２を露光する。レジスト層９０２は、レジスト感度曲線を得る際と同様に、グレイスケールマスク９０３を透過した光をステッパ３０により略５分の１に縮小して露光する。このようにして、グレイスケールマスク９０３の透過率分布に対応した形状がレジスト層９０２に転写される。なお、レジスト材料の種類及び露光条件については、上記のレジスト感度曲線を決定するときの試し加工の場合と同じである。レジスト種類や露光条件等は、レジスト感度曲線を得るときと同じであれば良く、上記の条件に限られない。
【００３６】
工程ｃでは、露光後のレジスト層９０２を現像液により現像することで、例えば曲面を有するレジスト形状９０４がレジスト層９０２に形成される。工程ｂ及び工程ｃは、露光及び現像によりレジスト層９０２を加工するレジスト層加工工程である。現像後のレジスト層９０２は、ポストベイクによりさらに硬化させる。また、ポストベイクにより、レジスト層９０２の表面にだれを生じさせ、レジスト形状９０４の表面を平滑化させることができる。
【００３７】
次に、工程ｄに示すレジスト形状転写工程において、レジスト層９０２のレジスト形状９０４を基板９０１へ転写する。レジスト形状９０４を基板９０１へ転写することで、基板９０１に、レジスト形状９０４と略同一のマイクロレンズ形状９０５が形成される。レジスト形状９０４の転写は、エッチングにより行う。エッチングは、ドライエッチング、若しくはドライエッチングとウェットエッチングとの組合せによって行う。
【００３８】
ドライエッチングは、例えば、ＲＩＥ法等により行うことができる。エッチングガスには、酸素と、フッ化系ガス、例えばＣ4Ｆ8、ＣＦ4等との混合ガスを用いる。これにより、エッチング斑に起因する加工表面の凹凸形状を低減して、平滑で良好なプリズム素子を製造できる。また、エッチングガス濃度、混合比、エッチングガス圧力、磁場強度、エッチング時間等のエッチング条件を制御することで、レジスト形状９０４を基板９０１へ転写する選択比を略０．７〜１．８倍の範囲で制御できる。また、ドライエッチングで形成したプリズム素子の表面には、不要な散乱光の原因となる数１０〜数１００ｎｍ程度の凹凸が発生することがある。このため、ドライエッチングの後にフッ酸溶液によるウェットエッチングを行うことで加工表面の凹凸形状は平滑化され、不要な散乱光を低減できる。
【００３９】
最後に、図９−２の工程ｅに示すように、マイクロレンズ形状９０５が形成された基板９０１の上に透明樹脂層９０６を形成することで、複数のマイクロレンズ素子を有するマイクロレンズアレイが形成される。さらに、マイクロレンズアレイは、工程ｆ〜工程ｈに示す型転写工程により形成しても良い。まず工程ｆに示すように、工程ｃで得られたレジスト形状９０４に無電解Ｎｉ鍍金を施して金型９０７を製造する。これにより、レジスト形状９０４は、金型９０７に転写される。次に、工程ｇにおいて金型９０７の形状を他の部材９０８へ型転写することで、工程ｈに示すレプリカ９０８を作成する。これにより、簡便に大量のレプリカ９０８を製造できる。工程ｅと同様に、工程ｈで得られたレプリカ９０８に透明樹脂層を形成することで、マイクロレンズアレイが形成される。
【００４０】
図１０は、本実施例により形成されたレジスト形状９０４と、設計されたレジスト形状との比較を示すものである。図１０に示すグラフは、縦軸にレジスト深さ、横軸にレジスト形状の中心位置を基準とする場合のレジスト上の位置を取って示している。Ｃを付した曲線は、本実施例により形成されたレジスト形状９０４のレジスト深さの分布を示している。Ｅを付した曲線は、設計されたレジスト形状のレジスト深さの分布を示している。
【００４１】
グラフから、本実施例の設計方法で設計されたグレイスケールマスク９０３を用いることによって、所望のレジスト形状に正確に形成されたレジスト形状９０４が得られることがわかる。本発明により得られるレジスト形状は、設計値との誤差を、マイクロレンズアレイの光学特性への影響を低減可能な程度、例えば約７％以内にすることが可能となる。これにより、所望の形状の光学素子を正確に形成することができるという効果を得られる。本実施例の製造方法は、マイクロレンズアレイのほか、マイクロレンズプリズムアレイや、画像信号に応じて光を変調するための空間光変調素子、通信デバイス、医療デバイス等の他の光学素子に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明に係るグレイスケールマスクの設計方法は、微小な光学素子を製造する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】グレイスケールマスクの製造手順を示すフローチャート。
【図２】グレイスケールマスク上の単位面積の説明図。
【図３】ステッパによる縮小露光の説明図。
【図４】レジスト感度曲線の説明図。
【図５】グレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する工程の説明図。
【図６】グレイスケールマスクの光透過率の分布を決定する工程の説明図。
【図７】グレイスケールマスクの光透過率分布の例を示す図。
【図８】ＨＥＢＳガラスの熱膨張量を説明する図。
【図９−１】マイクロレンズアレイの製造手順の説明図。
【図９−２】マイクロレンズアレイの製造手順の説明図。
【図１０】本実施例により製造されたレジスト形状の説明図。
【符号の説明】
【００４４】
２１、２２  グレイスケールマスク上の単位面積部分、３０  ステッパ、３２  レジスト、ＧＳＭ  グレイスケールマスク、５１  レジスト形状、５２  レジスト構造体、９０１  基板、９０２  レジスト層、９０３  グレイスケールマスク、９０４  レジスト形状、９０５  マイクロレンズ形状、９０６  透明樹脂層、９０７  金型、９０８  レプリカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０】
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